JP6224049B2 - 気液混合装置及び気液混合システム - Google Patents

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Description

本発明は、気液混合装置及び気液混合システムに関する。
本願は、２０１４年２月５日に日本に出願された特願２０１４−２０７１１号及び２０１４年６月３０日に日本に出願された特願２０１４−１３４９８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、気液混合装置として、例えば特許文献１に開示されているように、給水に気体を混合して気体混合水を製造する気体混合水生成装置が知られている。この特許文献１の気体混合水生成装置では、主に、水に炭酸ガスを混合して炭酸水を製造することが開示されている。
炭酸水は優れた保温作用があるため、古くから温泉を利用する浴場等で用いられている。炭酸水の保温作用は、基本的に、含有炭酸ガスの末梢血管拡張作用により身体環境が改善されるためと考えられている。また、炭酸ガスの経皮浸入によって毛細血管床の増加及び拡張が起こり、皮膚の血行を改善する。このため、退行性病変及び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。
特開２０１０−２６４３６４号公報
ところで、前記特許文献１の気体混合水生成装置では、簡易な構造で気体混合水（特に炭酸水）の製造を可能にしている。しかし、炭酸水を製造するための装置では、特に炭酸水を洗髪に用いるような理美容目的の場合、小型化や低価格化が望まれている。したがって、洗髪などの理美容にも適用される気液混合装置では、単に簡易な構造で炭酸水の製造を可能にするだけでなく、原液への気体の溶解度を高めて比較的高い溶解度の炭酸水（気体混合液）の製造を可能にし、これによって装置の小型化や低価格化を図ることが強く要望されている。また、メンテナンスを容易にしたり、充分な流量を確保することで使い勝手を良くすることも望まれている。
炭酸ガスを溶解するための構造としては、特許文献１の気体混合水生成装置以外にも、中空糸膜を用いたものが知られている。しかし、中空糸膜を用いたものは、流量確保、小型化、低価格化が難くなっている。
また、スタティックミキサを用いた構造のものも知られているが、この構造のものでは充分に圧を上げないと原液に対する気体の溶解度を高めることができず、したがって通常はポンプ等の駆動原が必要になるため、装置構成が複雑になって小型化が難しくなっている。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡易な構造で比較的高い溶解度の気体混合液を製造できるようにし、これによって小型化や低価格化を可能にするとともに、メンテナンスを容易にし、充分な流量も確保することで使い勝手を良くした気液混合装置と、これを用いた気液混合システムを提供することにある。
本発明に係る気液混合装置は、原液中に気体を混合して気体混合液を製造する気液混合装置であって、前記原液が連続的に流入する原液流入管と、前記気体が連続的に流入する気体流入管と、前記原液流入管、前記気体流入管にそれぞれ連通する混合液配管とを備え、前記原液流入管と前記気体流入管が、前記原液と前記気体とが対面して衝突するように連通し、それにより、この連通箇所において、気液衝突部を形成し、前記混合液配管を、前記気液衝突部に連通させるとともに、前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸のうち少なくとも一つを前記混合液配管の中心軸と異なる方向に配置し、前記混合液配管に、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第１渦流生成機構が設けられ、前記第１渦流生成機構は、前記混合液配管の上流側に配設された上流側第１渦流生成機構と、該上流側第１渦流生成機構より下流側に配設された下流側第１渦流生成機構とを備え、前記上流側第１渦流生成機構は、前記混合液配管内に設けられた環状または筒状の渦発生部の前記気液衝突部側の端部と、該端部に対向する前記混合液配管の内壁面との間において、前記気液衝突部側に開口して形成された溝部を備えており、前記混合液配管には、該混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めることにより、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第２渦流生成機構が設けられており、前記第２渦流生成機構は、前記混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部と、該狭隘部の側方に流路を変更することで前記気体混合液の流れを反転させ、渦流を生じさせる流路変更部と、を有している。
この気液混合装置では、原液流入管と気体流入管とを、前記原液と前記気体とが対面して衝突するように連通し、それにより、この連通箇所において、気液衝突部を形成し、また、混合液配管を、前記気液衝突部に連通させるとともに、前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸のうち少なくとも一つを前記混合液配管の中心軸と異なる方向に配置しているので、原液流入管から流入する原液と気体流入管から流入する気体とを互いに衝突させ、かつ、一方に偏ることなく原液流入管の中心軸と気体流入管の中心軸のうち少なくとも一つと異なる方向に気体混合液を案内することができ、したがって簡易な構造で衝突エネルギーを最大化し、原液に対する気体の溶解度を高めることができる。
また、前記気液混合装置において、前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸とのなす角度が２０°〜１８０°であることが好ましく、９５°〜１８０°であることがより好ましい。ここで、「前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸とのなす角度」は、前記原液流入管と前記気体流入管とを連結したものを、平面上に配置した場合に、前記２つの中心軸の間に形成される角度を意味する。
この構成によれば、気体の溶解度が比較的高い気体混合液を簡易な構造で製造することができる。
また、前記気液混合装置において、前記原液が水であり、前記気体が炭酸ガスであることが好ましい。
この構成によれば、炭酸ガス（二酸化炭素）の溶解度が比較的高い炭酸水を簡易な構造で製造することができる。
また、前記気液混合装置において、前記混合液配管には、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第１渦流生成機構が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、原液流入管と気体流入管の接続部（前記の気液衝突部）で原液と気体とが衝突し、原液に気体が混合してその多くが溶解した気体混合液に、渦流を生じさせることにより、気体混合液中の気泡を微細化し、その比表面積を大きくすることで原液に対する溶解を促進することができる。
また、前記気液混合装置において、前記第１渦流生成機構は、前記混合液配管内に設けられた環状または筒状の渦発生部の前記気液衝突部の端部と、該端部に対向する前記混合液配管の内壁面との間において、前記気液衝突部側に開口して形成された溝部を備えていることが好ましい。
この構成によれば、第１渦流生成機構が気液衝突部側に開口して形成された溝部を備えているので、気体混合液が溝部の底面に衝突してその流れを反転させることで微小な渦流を形成し、これによって気体混合液中の気泡が微細化する。
また、前記気液混合装置において、前記第１渦流生成機構は、前記混合液配管の上流側に配設された上流側第１渦流生成機構と、該上流側第１渦流生成機構より下流側に配設された下流側第１渦流生成機構とを備えていることが好ましい。
この構成によれば、第１渦流生成機構を一つ設けるよりも、気体混合液中の気泡をさらに微細化し、その比表面積を大きくすることで原液に対する溶解をさらに促進することができる。
また、前記上流側第１渦流生成機構を構成する前記渦発生部の内部孔には、前記気体混合液を前記下流側第１渦流生成機構の前記内壁面側に案内する案内口が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、上流側第１渦流生成機構を構成する渦発生部の内部孔に案内口を設けているので、該案内口を通った気体混合液が下流側第１渦流生成機構の内壁面側に案内されることで該下流側第１渦流生成機構の溝部の底面により多く衝突し、流れを反転して渦流を形成することで気体混合液中の気泡が微細化する。
また、前記気液混合装置において、前記混合液配管には、該混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めることにより、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第２渦流生成機構が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、原液流入管と気体流入管の接続部（前記の気液衝突部）で原液と気体とが衝突し、原液に気体が混合してその多くが溶解した気体混合液を、渦流を生じさせることにより、気体混合液中の気泡を微細化し、その比表面積を大きくすることで原液に対する溶解を促進することができる。また、混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めるようにしたので、気体混合液を加圧することによって該気体混合液中への気体の溶解度を高めることができる。
また、前記気液混合装置において、前記第２渦流生成機構は、前記混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部と、該狭隘部の側方に流路を変更することで前記気体混合液の流れを反転させ、渦流を生じさせる流路変更部と、を有して構成されていることが好ましい。
この構成によれば、狭隘部を流れることで気体混合液が加圧され、該気体混合液中での気体の溶解度が高まる。また、流路変更部によって気体混合液の流れが反転し、渦流が生じることにより、気体混合液中の気泡が微細化して原液に対する溶解が促進される。
また、前記気液混合装置において、前記原液流入管には、該原液流入管の流路を狭めることなく該流路を流れる原液の圧力が所定の圧力以上になったことを検知する圧力スイッチが設けられ、前記気体流入管には、該気体流入管と気体供給源との間に設けられて前記気体供給源から前記気体流入管への気体の供給を制御する制御弁が設けられ、前記圧力スイッチは、原液の圧力が所定の圧力以上になったことを検知したら前記制御弁を開くように構成されていることが好ましい。
この構成によれば、原液流入管に、その流路を狭めることなく該流路を流れる原液の圧力を検知する圧力スイッチを設けているので、原液の流路が狭められることで加圧され、その流量が絞られて所望の流量の気体混合液が得られなくなるのを防止することができる。
また、前記気液混合装置においては、前記制御弁が、ラッチ式電磁弁によって構成されていることが好ましい。
この構成によれば、ラッチ式電磁弁が一般の電磁弁に比べて消費電力が格段に少ないことにより、制御弁を有する気液混合装置の消費電力を少なくすることができる。
また、前記気液混合装置において、前記ラッチ式電磁弁は、電池で稼働することが好ましく、乾電池あるいは充電池で稼働することがより好ましい。
電源として商用電源に代えて、乾電池や充電池を用いることにより、気液混合装置の使い勝手を良くし、例えば風呂場での使用を容易にすることができる。
また、前記気液混合装置においては、前記制御弁が、比例電磁弁によって構成され、該比例電磁弁には、前記気体供給源から前記気体流入管への気体の供給量を調整する調整部が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、制御弁として比例電磁弁を用いているので、調整部によってこの比例電磁弁の開度を切り換えることにより、気体供給源から気体流入管への気体の供給量を調整することができる。したがって、原液流入管から流入する原水に対して、気体の流量を調整することにより、得られる気液混合液の濃度を異なる複数の濃度に調整することができる。
本発明に係る気液混合システムは、前記の気液混合装置と、前記原液流入管に原液を供給する原液供給源と、前記気体流入管に気体を供給する気体供給源と、前記原液供給源からの前記原液流入管への原液の供給、および前記気体供給源からの前記気体流入管への気体の供給を制御する制御部と、を備える。
この気液混合システムでは、前記の気液混合装置を備えることにより、簡易な構造で原液に対する気体の溶解度を高めることができる。したがって、小型化や低価格化を可能にするとともに、メンテナンスを容易にし、充分な流量を確保することで使い勝手を良くすることができる。
本発明の気液混合装置によれば、簡易な構造で原液と気体との衝突エネルギーを最大化し、原液に対する気体の溶解度を高めるようにしたので、簡易な構造で比較的高い溶解度の気体混合液を製造することができ、したがって小型化や低価格化を可能にするとともに、メンテナンスを容易にし、充分な流量を確保することで使い勝手を良くすることができる。
本発明に係る気液混合システムの第１実施形態の概略構成を示す模式図である。 気液混合装置の概略構成を示す外観斜視図である。 気液混合装置の概略構成を示す側断面図である。 渦発生部材を示す斜視図である。 渦発生部材を示す平面図である。 渦発生部材を示す側断面図である。 案内口の変形例を示す斜視図である。 案内口の他の変形例を示す斜視図である。 ミキシングパイプを示す斜視図である。 ミキシングパイプを示す平面図である。 ミキシングパイプを示す側断面図である。 第１の圧力スイッチを説明するための斜視図である。 第１の圧力スイッチを説明するための側断面図である。 気液混合装置による気体混合液の製造を説明するための側断面図である。 ミキシングパイプの変形例を示す斜視図である。 ミキシングパイプの変形例を示す平面図である。 ミキシングパイプの変形例を示す側断面図である。 本発明に係る気液混合システムの第２実施形態の概略構成を示す図であって、外観を示す正面図である。 本発明に係る気液混合システムの第２実施形態の概略構成を示す図であって、内部構造を示す正面図である。 本発明に係る気液混合システムの第２実施形態の概略構成を示す図であって、外観を示す背面図である。 図９Ａ〜図９Ｃに示した気液混合システムの内部構造を示す斜視図である。 本発明に係る気液混合システムの第３実施形態の概略構成を示す模式図である。 本発明に係る気液混合システムの第３実施形態の外観を示す正面図である。 原液流入管、気体流入管、混合液配管の連通部の概略構成を示す正面図である。
以下、本発明に係る気液混合装置および気液混合システムについて、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明に係る気液混合システムの第１実施形態の概略構成を示す模式図であり、図１中符号１は気液混合システム、２は気液混合装置である。
気液混合システム１は、本実施形態では原水、例えば水道水に炭酸ガス（二酸化炭素）を混合、溶解させて、得られた炭酸水を各種の目的に供するためのものである。炭酸水の用途としては、従来と同様に、例えば洗髪などの理美容目的や、風呂の湯、すなわち炭酸泉として用いられる。図１は、複数の洗髪台を備えた理美容店において、各洗髪台にそれぞれ配設される気液混合システム１の概略構成を示している。
気液混合システム１は、気液混合装置２、この気液混合装置２に原水（原液）を供給する原水供給源（原液供給源）３、前記気液混合装置２に炭酸ガス（ＣＯ２：気体）を供給する気体供給源４、原水供給源３からの原水の供給や気体供給源４からの炭酸ガスの供給を制御する制御部４０等を備えて構成されている。
気液混合装置２は、本発明に係る気液混合装置の第１実施形態となるもので、気液混合装置２の外観斜視図である図２Ａ、および気液混合装置２の側断面図である図２Ｂに示すように、前記原水供給源３に配管（原水側配管３０）を介して接続される原水流入管（原液流入管）５と、前記気体供給源４に配管（気体側配管３１）を介して接続される気体流入管６と、を有している。
本実施形態では、これら原水流入管５と気体流入管６とが一つの配管によって形成されており、原水流入管５側の開口５ａに原水側配管を介して前記原水供給源３が接続され、気体流入管６側の開口６ａに気体側配管を介して前記気体供給源４が接続されている。したがって、図２Ｂに示すように原水流入管５と気体流入管６とは、原液と気体とが対面して衝突するように連通し、原水流入管５の中心軸（図示せず）と気体流入管６の中心軸（図示せず）のうち少なくとも一つが混合液配管８の中心軸（図示せず）と異なる方向に配置されている。
原水流入管５及び気体流入管６の形状及び寸法については、前記したような本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、円筒形であることが好ましい。
また、原水流入管５の中心軸と気体流入管６の中心軸のうちのいずれかと混合液配管８の中心軸との間で形成される角度が１０°〜９０°であることが好ましく、４５°〜９０°であることがより好ましい。なお、この角度は、原水流入管５と気体流入管６のうちのいずれかと混合液配管８が連結された状態のものを平面上に配置した場合に、前記２つの中心軸の間に形成される角度を意味する。例えば、原水流入管５の中心軸と混合液配管８の中心軸との間で形成される角度の場合、図１３に示す角度がθである。この角度を上記の範囲とすることにより、気体の溶解度が比較的高い気体混合液を簡易な構造で製造することができる。図２Ａ及び図２Ｂに示す態様においては、原水流入管５と気体流入管６とにより形成される一つの配管の中心軸に対して、混合液配管８の中心軸が直交するように混合液配管８が配置されている。
なお、気体流入管６には、その開口６ａ側に小孔を有するオリフィス板６ｂが設けられており、これによって気体供給源４から供給される炭酸ガスは、所定の圧力で気体流入管６内に供給されるようになっている。この小孔の大きさや数については、所望の気体圧力に応じて適宜選択することができる。
また、原水流入管５と気体流入管６の気液衝突部７には、原水流入管５、気体流入管６にそれぞれ連通して混合液配管８が設けられている。原水流入管５の中心軸と気体流入管６の中心軸のうち少なくとも一つが、混合液配管８の中心軸と異なる方向に配置され、前記気液衝突部７に一体に接続する配管本体９と、該配管本体９に着脱可能に連結するハウジング１０とから構成されている。
本実施形態では、ハウジング１０が配管本体９に着脱可能に連結しているが、配管本体９とハウジング１０とが一体に形成されていてもよい。
また、本実施形態では、図１３に示すように、原前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸とのなす角度をθ’とすると、θ’は２０°〜１８０°であることが好ましく、９５°〜１８０°であることがより好ましく、１３５°〜１８０°であることが特に好ましい。このように構成することにより、気体の溶解度が比較的高い気体混合液を簡易な構造で製造することができる。
また、本発明の装置において、原水流入管５、気体流入管６及び混合液配管８のそれぞれの中心軸は、これらを同一平面上に配置できるように構成されていても、これらが三角錐を形成するように構成されていても良い。
配管本体９は、原水流入管５と気体流入管６との間の気液衝突部７に一体に連結された円筒状のものである。したがって、これら原水流入管５、気体流入管６、配管本体９を形成する部材は、本実施形態では樹脂製または金属製の一体成形品となっている。この一体成形品は、測面視Ｔ字状に形成してもよい。ここで、配管本体９は、前記気液衝突部７に連通して形成された円筒状の案内管１１を囲った状態に形成されており、したがって案内管１１の内径より充分に大きい内径を有している。
ハウジング１０は、略円筒状、すなわち配管状に形成された樹脂製または金属製のもので、一端側が配管本体９に内挿する略円筒状の内挿部１２とされ、他端側が配管本体９から引き出された略円筒状のハウジング本体１３とされている。また、これら内挿部１２とハウジング本体１３との間には円環状のフランジ部１４が形成されている。フランジ部１４は、内挿部１２を配管本体９に内挿した際に、この配管本体９の端部に設けられた円環状のフランジ９ａに当接するように構成されている。
そして、このようにハウジング１０のフランジ部１４が配管本体９のフランジ９ａに当接した状態で、図２Ａ、図２Ｂに示すようにこれらフランジ部１４、フランジ９ａにジョイントクリップ１５が取り付けられることにより、フランジ部１４、フランジ９ａは互いに当接した状態に保持固定されている。
ジョイントクリップ１５は、金属製の板ばねが略リング状に形成されたもので、その周方向に沿ってフランジ部１４、フランジ９ａに係合する細長い開口１５ａを有している。このようなジョイントクリップ１５の一端側と他端側との間を拡げてその内部にフランジ部１４、フランジ９ａを入れ、その後一端側と他端側との間を閉じて開口１５ａ内にフランジ部１４、フランジ９ａを係合させ、突出させることにより、ジョイントクリップ１５によってフランジ部１４、フランジ９ａを保持固定することができる。
また、ハウジング１０の内挿部１２には、図２Ｂに示すようにその外周面に２つのＯリング１６、１６が巻回されている。これらＯリング１６、１６は、内挿部１２の外周面に周回して形成された溝（図示せず）内に一部が突出して設けられている。このような構成のもとに内挿部１２は、配管本体９に内挿された際、該配管本体９の内壁面との間にＯリング１６、１６が介装されることにより、配管本体９に対して気密に接続されている。
このような内挿部１２の内部孔内には、円筒状の渦発生部材（渦発生部）１７が収容されている。すなわち、内挿部１２の内部孔内には、ハウジング本体１３側とのほぼ境界部に段差部１２ａが形成されており、この段差部１２ａ上に渦発生部材１７が載せられている。渦発生部材１７は、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、円筒部１８と該円筒部１８内に一体に形成された偏流板１９とを有している。ここで、図３Ａは渦発生部材１７の斜視図であり、図３Ｂは渦発生部材１７の平面図であり、図３Ｃは渦発生部材１７の側断面図である。
渦発生部材１７には、その円筒部１８の上端部、すなわち前記気液衝突部７側の端部に、混合液配管８（ハウジング１０）の中心軸の後側（気液衝突部７側）から前側（気液衝突部７と反対の側）に行くにつれて内側から外側に向かうテーパ面１８ａが、前記上端部の全周に亘って形成されている。これによってこのテーパ面１８ａと、該テーパ面１８ａに対向する面、すなわち図２Ｂに示す渦発生部材１７の上端部に対向する混合液配管８（ハウジング１０の内挿部１２）の内壁面との間に、溝部２０が形成されている。
溝部２０は、渦発生部材１７の上端部の全周に亘って前記気液衝突部７側に開口して形成されたもので、本発明における第１渦流生成機構の一部、すなわち上流側第１渦流生成機構を構成している。このような溝部２０により、後述するように前記気液衝突部７から案内管１１を通って内挿部１２内に流入した気体混合液は、その一部が溝部２０の底面、すなわち前記テーパ面１８ａに衝突してその流れを反転させ、微小な渦流を形成するようになっている。
渦発生部材１７の前記偏流板１９には、図３Ａ、図３Ｂに示すようにその外周部、すなわち円筒部１８側に、案内口１９ａが形成されている。本実施形態では、図３Ｂに示すように案内口１９ａは円筒部１８の内周面に沿って円弧状に形成されており、このような案内口１９ａが円筒部１８の周方向に沿って等間隔で４つ形成されている。このように案内口１９ａが円筒部１８側に形成されていることで、これら案内口１９ａを通過した気体混合液は、後述するように下流側第１渦流生成機構を構成する混合液配管８の内壁面側に案内されるようになっている。
ここで、４つの案内口１９ａの開口面積の合計は、前記案内管１１の内部孔の開口面積とほぼ同じに形成されている。したがって、気液衝突部７で原水と炭酸ガスとが衝突し、混合されて形成された気体混合液は、案内管１１を通過する際と４つの案内口１９ａを通過する際とで、ほぼ同じ流速で通過するようになっている。これにより、４つの案内口１９ａを通過する際には、特に加圧されることでその流量が絞られるとことなく、案内管１１を通過する際と同じ流量で流れるようになっている。
なお、案内口１９ａについては、その形状や大きさは図３Ａ、図３Ｂに示した形態に限定されることなく、偏流板１９の外周部、すなわち円筒部１８側に配置されていれば、種々の形態を採用することができる。例えば、図４Ａに示すように比較的小径の円形の案内口１９ｂや、図４Ｂに示すようにさらに小径の円形の案内口１９ｃをそれぞれ複数ずつ配置してもよい。ただし、これら図４Ａに示す案内口１９ｂや図４Ｂに示す案内口１９ｃについても、前記案内口１９ａと同様にその開口面積の合計が、前記案内管１１の内径とほぼ同じになるように形成するのが好ましい。なお、図４Ａ、図４Ｂでは偏流板１９しか記載していないが、これら偏流板１９は図３Ａ〜図３Ｃに示した円筒部１８内に設けられることで、渦発生部材１７を構成している。
図２Ｂに示すようにハウジング本体１３は、内挿部１２側となる大径部２１と、該大径部２１より小径の小径部２２とによって形成されている。大径部２１内には、前記段差部１２ａ側に形成される内部孔に連通し、したがって渦発生部材１７の案内口１９ａに連通する内部孔２１ａが形成されている。一方、小径部２２内には、大径部２１の内部孔２１ａに連通する内部孔２２ａが形成されている。
大径部２１の内部孔２１ａは、小径部２２側に行くにつれて漸次小径となるテーパ状に形成されている。特にその下端側、すなわち小径部２２の内部孔２２ａに連通する側は、内壁面が形成する傾斜角（テーパ角）が大きいテーパ面２１ｂとなっている。すなわち、テーパ面２１ｂは、小径部２２側に行くに連れて外側から内側に向かうように中心軸（図示せず）に対して傾斜して形成されている。
小径部２２の内部孔２２ａには、ミキシングパイプ２３が着脱可能に挿入嵌合され、固定されている。ミキシングパイプ２３は、樹脂や金属からなる略円筒状のもので、本発明における渦発生部を構成するものであり、その上端部が大径部２１の内部孔２１ａ側に突出して取り付けられ、固定されている。すなわち、ミキシングパイプ２３は、その上端が前記テーパ面２１ｂの上端にほぼ一致するように配置されている。
このような構成により、ミキシングパイプ２３の上端部とこの上端部に対向する混合液配管８の内壁面（ハウジング１０のハウジング本体１３）、すなわちテーパ面２１ｂとの間に、溝部２４が形成されている。溝部２４は、ミキシングパイプ２３の上端部の全周に亘って前記気液衝突部７側、すなわち上流側第１渦流生成機構を構成する渦発生部材１７側に開口して形成されたもので、本発明における第１渦流生成機構の一部となる下流側第１渦流生成機構を構成している。
このような溝部２４により、後述するように渦発生部材１７の案内口１９ａを通ってハウジング本体１３内に流入した気体混合液は、多くが溝部２４の底面、すなわち前記テーパ面２１ｂに衝突してその流れを反転させ、微小な渦流を形成するようになっている。すなわち、渦発生部材１７の案内口１９ａを通過した気体混合液は、これら案内口１９ａによって大径部２１の内部孔２１ａの内壁面側に案内されるため、その多くが溝部２４に向けて流れるようになっている。
本実施形態では、このようなミキシングパイプ２３を渦発生部とする下流側第１渦流生成機構と、渦発生部材１７を渦発生部とする前記上流側第１渦流生成機構とにより、第１渦流生成機構が構成されている。
ミキシングパイプ２３は、その上端部が下流側第１渦流生成機構を構成しているが、本実施形態ではこれとは別にその内部に、第２渦流生成機構を形成している。すなわち、ミキシングパイプ２３は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように内部に狭隘部２５と流路変更部２６とを有している。ここで、図５Ａはミキシングパイプ２３の斜視図であり、図５Ｂはミキシングパイプ２３の平面図であり、図５Ｃはミキシングパイプ２３の側断面図である。
図５Ｂ、図５Ｃに示すように狭隘部２５は、ミキシングパイプ２３の内壁面の一部から中心側に向けて第１の邪魔板２７ａが延出して設けられていることにより、この第１の邪魔板２７ａの先端とミキシングパイプ２３の内壁面との間に形成された開口である。このように第１の邪魔板２７ａによってミキシングパイプ２３の内部孔が一部閉じられていることにより、残った開口部分は必然的に開口面積が狭められることで気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める部位、すなわち狭隘部２５となっている。
また、図５Ｃに示すようにこの狭隘部２５の下側（下流側）には、第２の邪魔板２７ｂが、ミキシングパイプ２３の内壁面の他の一部から中心側に向けて延出して設けられている。このように狭隘部２５の直下に第２の邪魔板２７ｂが配置されていることで、狭隘部２５を流れた気体混合液は第２の邪魔板２７ｂに衝突し、その後第２の邪魔板２７ｂの先端とミキシングパイプ２３の内壁面との間に形成された開口２７ｃに流れるようになっている。したがって、このような第２の邪魔板２７ｂとその先端側に形成された開口２７ｃとにより、狭隘部２５の側方に流路を変更する流路変更部２６が構成されている。
このような構成からなる流路変更部２６は、狭隘部２５にて流路が上流から下流に向けて狭められたことで加圧された気体混合液の流れを第２の邪魔板２７ｂで反転させ、その後第２の邪魔板２７ｂの側方の開口２７ｃに案内する。その際、図５Ｃ中に矢印で示すように狭隘部２５では気体混合液が加圧されることで炭酸ガスの溶解度が高められる。また、流路変更部２６では第２の邪魔板２７ｂによって気体混合液の流れが反転させられ、混合液配管８（ミキシングパイプ２３）の中心軸と交差する方向に気体混合液が流動させられて、渦流が生じるようになっている。
なお、このようなミキシングパイプ２３には、図５Ａ、図５Ｃに示すようにその側壁部に二つの切欠２８ａ、２８ｂが形成されている。これら切欠２８ａ、２８ｂは、主に第１の邪魔板２７ａや第２の邪魔板２７ｂ等を形成するための加工用のものである。
また、ミキシングパイプ２３の下端部には、図２Ｂに示すようにハウジング本体１３の小径部２２の下端部に形成された嵌合凹部（図示せず）に嵌合する円環状の嵌合凸部２９が形成されている。この嵌合凸部２９が小径部２２の下端部の嵌合凹部に着脱可能に嵌合させられることにより、ミキシングパイプ２３はハウジング本体１３内に着脱可能に収容固定されている。
このようにハウジング本体１３に収容固定されたミキシングパイプ２３は、その下端側の開口が気液混合装置２の気体混合液の噴出口となっている。したがって、ハウジング本体１３には、図示しないものの、その小径部２２にホースおよびシャワーヘッドが取り付けられている。そのため、小径部２２には、その外周面に雄ねじ部（図示せず）が形成されており、ここにホースが着脱可能に取り付けられるようになっている。
このような構成からなる気液混合装置２には、図６Ａ、図６Ｂに示すように、原水流入管５の開口５ａに原水側配管３０が連結され、気体流入管６の開口６ａに気体側配管３１が連結されている。これら原水側配管３０や気体側配管３１の連結には、ジョイントクリップ１５が用いられている。原水側配管３０は、図１に示した原水供給源３に接続されており、気体側配管３１は、気体供給源４に接続されている。
ここで、本実施形態では原水供給源３は水道管となっており、したがって、原水側配管３０は水道管と原水流入管５との間に配設されている。ただし、水道管や原水流入管５には、水道水を所定の温度、例えば３０℃〜４５℃程度の予め設定された温度に加温する加熱装置（図示せず）が設けられていてもよい。洗髪の際には、通常の水道水では冷たく感じられるため、前記の温度範囲、好ましくは３５℃〜４０℃程度に加温しておくのが望ましい。
また、このように加温するのとは別に、原水となる水道水に例えば予め塩化ナトリウムを所定量溶解しておき、医療用目的としての生理食塩水としてもよい。さらに、必要に応じて香料を添加しておいてもよい。なお、原水供給源３としては、水道管以外にも種々の水源を用いることができる。
一方、気体供給源４としては、本実施形態では炭酸ガスを０．５ＭＰａ程度の圧（ゲージ圧）で充填したガスボンベが用いられる。
図６Ａ、図６Ｂに示すように原水側配管３０には、本発明の圧力スイッチとなる第１の圧力スイッチ３２が設けられている。第１の圧力スイッチ３２は、図６Ａに示すように原水側配管３０内（原水流入管５内）を流れる原水の圧力を、原水側配管３０、すなわち原水流入管５の流路を狭めることなく検知するセンサであり、予め設定された所定の圧力以上になるとこれを検知してスイッチがオンになり、所定の圧力未満ではスイッチがオフとなる公知の構成のものである。
この第１の圧力スイッチ３２は、原水側配管３０内に連通するバイパス管３２ａを有して構成されており、原水側配管３０内が所定の圧力以上になると原水がバイパス管３２ａを通って第１の圧力スイッチ３２を加圧し、スイッチをオンにする。また、原水側配管３０内が所定の圧力未満のときには原水が第１の圧力スイッチ３２を加圧せず、したがってスイッチがオフの状態となる。
よって、この第１の圧力スイッチ３２は、原水側配管３０、すなわちこれに連結する原水流入管５の流路を狭めることなく、該流路を流れる原水の圧力を検知するようになっている。一般に用いられる流量センサでは、流路にインペラ等を配置し、その回転数から流量を検出しているため、結果的にインペラ等で流路を狭めることになっている。これに対して第１の圧力スイッチ３２は、流路を狭めないため、流量についてもこれを絞ることなく、流すことができる。
この第１の圧力スイッチ３２は、図１に示すように制御部４０に電気的に接続されており、検知したオン／オフ信号を制御部４０に送信している。
図６Ａ、図６Ｂに示した気液混合装置２の気体側供給管６に接続する気体側配管３１には、図１に示すように気体供給源４との間の経路中に、電磁弁３３（制御弁）と第２の圧力スイッチ３４とが設けられている。
第２の圧力スイッチ３４は、気体供給源４側に配置されたもので、気体側配管３１を流れる炭酸ガスの圧力を検知し、予め設定された圧（例えば０．３ＭＰａ［ゲージ圧］）以上であればスイッチをオンとし、予め設定された圧未満ではスイッチをオフとする。したがって、この第２の圧力スイッチ３４は、気体供給源４を構成するガスボンベ内の残圧、すなわちガスボンベ内の炭酸ガスの残量を判定する残量計として機能している。
この第２の圧力スイッチ３４も、制御部４０に電気的に接続されており、検知結果に基づくオン／オフ信号を制御部４０に送信している。制御部４０では、図示しない操作パネルの表示部に、第２の圧力スイッチ３４の検知結果、すなわち気体供給源４（ガスボンベ）の残量が予め設定された圧（量）以上であるか否かが、表示されるようになっている。
電磁弁３３は、第２の圧力スイッチ３４の下流側に配置されたもので、その開閉によって気体供給源４からの炭酸ガスの供給を調整している。すなわち、電磁弁３３が開かれることで気体供給源４から気液混合装置２の気体流入管６に炭酸ガスが供給され、閉じられことで炭酸ガスの供給が停止させられるようになっている。この電磁弁３３は、制御部４０に電気的に接続することでその開閉が制御されている。
制御部４０は、前記第１の圧力スイッチ３２からのオン／オフ信号を受信し、このオン／オフ信号に基づいて電磁弁３３の開閉を制御する。すなわち、原水側配管３０（原水流入管５）内の圧力が所定の圧力以上であり、したがって原水が所定の流量以上で流れていることを第１の圧力スイッチ３２が検知し、オン信号を制御部４０に送信すると、制御部４０は電磁弁３３を開くべく、電磁弁３３にオン信号を送信する。すると、電磁弁３３が開き、炭酸ガスが気液混合装置２に供給される。
一方、原水側配管３０（原水流入管５制御部４０）内の圧力が所定の圧力未満であり、したがって原水が所定の流量以上で流れていることを第１の圧力スイッチ３２が検知できない場合には、オン信号が制御部４０に送信されず、したがって制御部４０は電磁弁３３を開くことなく閉じた状態にする。すると、電磁弁３３が閉じているため、炭酸ガスが気液混合装置２に供給されないようになる。
このように原水が所定の流量以上で流れて気液混合装置２に供給されている場合にのみ、炭酸ガスが気液混合装置２に供給されるようになっているので、炭酸ガスが過剰に消費されることが防止されるとともに、製造する気体混合液、すなわち炭酸水中の炭酸ガス濃度が、予め設定された適正な範囲に調整される。
制御部４０は、ＣＰＵやメモリ装置等を備えるとともに、表示部としても機能する操作パネルを有したもので、操作パネルを介して気液混合システム１全体の電源のオンオフや、各種データの出力などを行えるようになっている。すなわち、この制御部４０は、前述した第１の圧力スイッチ３２や第２の圧力スイッチ３４からの信号に基づき、原水の供給時間（供給量）や炭酸ガスの供給時間（供給量）、さらには気体供給源４の炭酸ガスの残量等を算出するように構成されている。
そして、このように算出した各種の情報を、制御部４０内の出力部３５を介してｉＯＳ端末やアンドロイドなどの外部端末に出力できるようになっている。出力部３５としては、図示しない通信手段（例えばBluetooth（登録商標）など）によって出力するものが備えられている。外部端末としては、タブレットやスマートフォンなどが好適に用いられ、前記の制御部４０で算出された各種情報を容易に受信することが可能になっている。
本実施形態のように複数の洗髪台を有する理美容店において、各洗髪台にそれぞれ気液混合システム１が配設される場合、各洗髪台の気液混合システム１からそれぞれ各種情報を出力させ、一つの外部端末に各種情報を入力することができる。したがって、理美容店の責任者などは各種情報を入力した外部端末を見ることで、各洗髪台の運転状況や過去の運転履歴などを容易に確認することができる。
次に、このような構成からなる気液混合システム１（気液混合装置２）による、気体混合液となる炭酸水の製造について説明する。
まず、原水供給源３である水道から水（湯）を、予め設定された所定の圧力、例えば０．１０〜０．２０ＭＰａ、好ましくは０．１０〜０．１５ＭＰａの圧（ゲージ圧）で原水側配管３０に流す。このような所定の圧力で原水を供給することにより、本実施形態ではその流量が、例えば６〜１５ｌ／分、好ましくは６〜１０ｌ／分程度となるように設定されている。
このようにして原水を流し、原水側配管３０内が所定の圧力に達すると、第１の圧力スイッチ３２がこれを検知し、制御部４０を介して電磁弁３３を開く。
気体供給源４側では、第２の圧力スイッチ３４が気体供給源（ガスボンベ）４内の残圧（残量）を検知し、制御部４０の操作パネルにその結果を表示させる。したがって、操作者は気体供給源４の残圧が予め設定された圧以上であれば、そのまま炭酸水の製造を進める。また、気体供給源４の残圧が予め設定された圧未満である場合には、必要に応じて気体供給源４の交換などを行う。なお、気体供給源（ガスボンベ）４には圧力調整器や圧力計が備えられており、例えば圧力計を確認することで、気体供給源４の交換時期を決定することもできる。
電磁弁３３を通った炭酸ガスは、電磁弁３３の上流側あるいは下流側に設けられた図示しない流量調整器によって、流量が例えば４〜１２ｌ／分、好ましくは５〜１１ｌ／分程度となるように調整される。
原水供給源３から原水側配管３０を介して原水流入管５に原水が供給され、気体供給源４から気体側配管３１を介して気体流入管６に炭酸ガスが供給されると、図７中に矢印で示すように原水と炭酸ガス（気体）とが気液衝突部７にて衝突し、混合される。そして、案内管１１を通って混合液配管８内に流入する。
その際、原水と炭酸ガスとは気液衝突部７にて互いに衝突し、さらに一方に偏ることなく原水と炭酸ガスのうち少なくとも一つと異なる方向に得られた気体混合液が案内されるため、衝突エネルギーが最大化し、原水に対して炭酸ガスが充分に混合されるとともに、原水に対する炭酸ガスの溶解度が高められる。温度４０℃の水に対する炭酸ガスの飽和濃度は約１０００ｐｐｍである。これに対して本実施形態の気液混合装置２では、気液衝突部７で衝突させた後、案内管１１を通って混合液配管８内に流入させることで、この案内管１１を通った気体混合液（炭酸水）中の炭酸ガス濃度を、８００〜８５０ｐｐｍ程度の濃度にすることができた。なお、原水中に溶解していない炭酸ガスは、気泡となって気体混合液中に混合された状態として、存在する。
混合液配管８内に流入した気体混合液（炭酸水）は、ハウジング１０の内挿部１２内に設けられた渦発生部材１７に向けて流れる。その際、気体混合液の一部は、渦発生部材１７の上端部と内挿部１２の内壁面との間に設けられた溝部２０（上流側第１渦流生成機構）に向けて流れることにより、図７中に矢印で示すように微小な渦流を生じる。すなわち、気体混合液は溝部２０の底面（テーパ面１８ａ）に衝突してその流れを反転させ、混合液配管８の中心軸と交差する方向に流動することにより、微小な渦流を生じる。
このような微小な渦流を生じることにより、気体混合液中の気泡が微細化し、その比表面積が大きくなる。これにより、気泡を形成する炭酸ガスと気体混合液（原水）との接触面積が増加し、気体混合液（原水）に対する炭酸ガスの溶解が促進される。したがって、既に８００〜８５０ｐｐｍ程度の濃度となっている気体混合液は、その炭酸ガス濃度が９００ｐｐｍ程度にまで高められる。
上流側第１渦流生成機構（溝部２０）で炭酸ガス濃度が高められた気体混合液は、図７中に矢印で示すように、渦発生部材１７の偏流板１９の案内口１９ａを通過することでこれに案内され、ハウジング本体１３の大径部２１の内部孔２１ａの内壁面側を流れる。これにより、気体混合液の多くが大径部２１の内部孔２１ａの内壁面、すなわちテーパ面２１ｂと、ミキシングパイプ２３の上端部との間に設けられた溝部２４（下流側第１渦流生成機構）に向けて流れ、図７中に矢印で示すように微小な渦流を生じる。すなわち、気体混合液は溝部２４の底面（テーパ面２１ｂ）に衝突してその流れを反転させ、混合液配管８の中心軸と交差する方向に流動することにより、微小な渦流を生じる。
このような微小な渦流を生じることにより、前記溝部２０（上流側第１渦流生成機構）のときと同様にして気体混合液（原水）に対する炭酸ガスの溶解が促進され、気体混合液はその炭酸ガス濃度がさらに高められる。
下流側第１渦流生成機構（溝部２４）で炭酸ガス濃度が高められた気体混合液は、図７中に矢印で示すように、ミキシングパイプ２３内に流入する。
そして、ミキシングパイプ２３内に流入した気体混合液は、図５Ｃに示したように狭隘部２５を流れることで加圧され、これによって該気体混合液中での炭酸ガスの溶解度が高められる。また、第２の邪魔板２７ｂによって流れが反転させられ、混合液配管８の中心軸と交差する方向に流動することにより、渦流を生じる。さらに、その後開口２７ｃに向けて流路を変更させられることによっても、渦流を生じる。これにより、気体混合液中の気泡が微細化して、気体混合液（原水）に対する炭酸ガスの溶解が促進される。本実施形態では、気体混合液はその炭酸ガス濃度が飽和濃度である１０００ｐｐｍ程度にまで高められる。
このようにして炭酸ガスが飽和濃度近くまで溶解させられた気液混合液（炭酸水）は、ハウジング本体１３の小径部２２に接続されたホース、さらにこのホースの先端に設けられたシャワーヘッドを介して噴出させられ、洗髪に供せられる。
以上説明したように、本実施形態の気液混合装置２は、原水流入管５によって供給される原水と気体流入管４によって供給される炭酸ガス（気体）とを互いに衝突させ、かつ、混合液配管８によって一方に偏ることなく原水と炭酸ガスのうち少なくとも一つと異なる方向に気体混合液を案内するようにしたので、簡易な構造で衝突エネルギーを最大化し、原水に対する炭酸ガスの溶解度を高めることができる。したがって、ポンプ等の駆動原が不要であり、簡易な構造で比較的高い溶解度の炭酸水を製造することができ、これにより気液混合装置の小型化や低価格化を可能にすることができる。また、従来の中空糸膜を用いたものの場合のような目詰まりが無く、したがってメンテナンスが容易になり、さらに気体混合液（炭酸水）をほとんど加圧しないため、充分な流量を確保することができる。よって、従来に比べ格段に使い勝手を良くすることができる。
また、混合液配管８に、気体混合液を混合液配管８の中心軸と交差する方向に流動させて渦流を生じさせる第１渦流生成機構を設けているので、気体混合液に渦流を生じさせることによって気体混合液中の気泡を微細化し、その比表面積を大きくすることで原水に対する炭酸ガスの溶解を促進することができる。
また、第１渦流生成機構を、渦発生部材１７やミキシングパイプ２３からなる渦発生部の上端部と、該上端部に対向する混合液配管８の内壁面との間に形成した溝部２０、２４によって構成しているので、気体混合液を溝部２０、２４の底面に衝突させてその流れを反転させることにより、微小な渦流を形成して気体混合液中の気泡を微細化することができる。よって、原水（気体混合液）に対する炭酸ガスの溶解を促進することができる。
また、上流側第１渦流生成機構を構成する渦発生部材１７の内部孔に形成した偏流板１９に案内口１９ａを設けているので、該案内口１９ａを通った気体混合液を大径部２１の内部孔２１ａの内壁面側に案内することで下流側第１渦流生成機構の溝部２４の底面により多く衝突させ、流れを反転させて渦流を形成することができる。したがって、気体混合液中の気泡を微細化し、原水（気体混合液）に対する炭酸ガスの溶解を促進することができる。
また、混合液配管８にミキシングパイプ２３を設け、このミキシングパイプ２３内に第２渦流生成機構を設けて気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭め、渦流を生じさせるようにしているので、気体混合液に渦流を生じさせることによって気体混合液中の気泡を微細化し、その比表面積を大きくすることで原水に対する炭酸ガスの溶解を促進することができる。また、気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めるようにしたので、気体混合液を加圧することによって該気体混合液中への気体の溶解度を高めることができる。
また、第２渦流生成機構を、混合液配管８を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部２５と、該狭隘部２５の側方に流路を変更することで気体混合液の流れを反転させ、渦流を生じさせる流路変更部２６とによって構成しているので、狭隘部２５によって気体混合液を加圧し、該気体混合液中での炭酸ガスの溶解度を高めることができる。また、流路変更部２６によって気体混合液の流れを反転させ、渦流を生じさせるので、気体混合液中の気泡を微細化して原水に対する炭酸ガスの溶解を促進することができる。
また、原水流入管５に接続され、したがって実質的に原水流入管５に含まれる原水側配管３０に、その流路を狭めることなく該流路を流れる原水の圧力を検知する第１の圧力スイッチ３２を設けたので、原水の流路が狭められることで加圧され、その流量が絞られて所望の流量の気体混合液が得られなくなるのを防止することができる。また、第１の圧力スイッチ３２を、原水の圧力が所定の圧力以上になったことを検知したら電磁弁３３（制御弁）を開くように構成しているので、炭酸ガスが過剰に消費されることを防止することができ、さらに、製造する炭酸水中の炭酸ガス濃度を予め設定された適正な範囲に調整することができる。
また、このような気液混合装置２を備えた気液混合システム１にあっても、気液混合装置２を備えることによって簡易な構造で原水に対する炭酸ガスの溶解度を高めることができ、したがって小型化や低価格化を可能にするとともに、メンテナンスを容易にし、充分な流量を確保することで使い勝手を良くすることができる。
なお、前記第１実施形態では、混合液配管８の流路中にて渦流を生成するための渦流生成機構として、上流側第１渦流生成機構（溝部２０）、下流側第１渦流生成機構（溝部２４）、第２渦流生成機構（狭隘部２５および流路変更部２６）の３機構設けたが、これらの順序を変更して設けてもよく、これらの３機構のうち１機構、２機構又は少なくとも４機構設ける構成としてもよく、また、同じ機構を少なくとも２つ設けてもよく、さらには、これら渦流生成機構を設けない構成としてもよい。その場合にも、気液衝突部７にて原水（原液）と炭酸ガス（気体）とを衝突させることにより、気体混合液中（原水中）に高い濃度で炭酸ガスを溶解することできる。
また、渦流生成機構を一部無くす構成として、具体的には、第２渦流生成機構（狭隘部２５および流路変更部２６）を無くす例を挙げることができる。図８Ａ〜図８Ｃは、図５Ａ〜図５Ｃに示したミキシングパイプ２３に代えて用いられるパイプ３６であり、ミキシングパイプ２３と同様に、図２Ｂに示したハウジング本体１３の小径部２２の内部孔２２ａに収容され、固定されるように構成されている。
このパイプ３６は、ミキシングパイプ２３に形成された狭隘部２５や流路変更部２６、すなわち第１の邪魔板２７ａや第２の邪魔板２７ｂ、切欠２８ａ、２８ｂが形成されていない点以外は、ミキシングパイプ２３と同じ形状に形成されたものであり、嵌合凸部２９を有する以外は、単なる円筒形状に形成されたものである。
したがって、このようなパイプ３６をミキシングパイプ２３に代えてハウジング本体１３の小径部２２の内部孔２２ａに収容固定することにより、その上端部で下流側第１渦流生成機構を形成することができ、また、第２渦流生成機構を省略することができる。
このように気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部２５を有した第２渦流生成機構を省略することにより、得られる炭酸水（気体混合液）の炭酸ガス（気体）の溶解度は低くなるものの、狭隘部２５による気体混合液の加圧を無くすことで流量が絞られることを抑えることができ、したがって得られる炭酸水（気体混合液）の流量を多くすることができる。
次に、本発明に係る気液混合装置及び気液混合システムの第２実施形態を説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
図９Ａ〜図９Ｃは、本発明に係る気液混合システムの第２実施形態の概略構成を示す図であり、図９Ａは外観を示す正面図、図９Ｂは内部構造を示す正面図、図９Ｃは外観を示す背面図である。また、図１０は図９Ａ〜図９Ｃに示した気液混合システムの内部構造を示す斜視図である。図９Ａ〜図９Ｃにおいて符号５０は気液混合システムであり、この気液混合システム５０は、筐体５１内に前記実施形態で示した本発明に係る前記気液混合装置２や、これに付随する各種構成要素をコンパクトに収容したものである。
筐体５１は、例えば一辺が１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度に形成された略正方形の正面板及び背面板を有し、厚さが５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度に形成されたもので、図９Ｂに示すようにその内部に、図２Ａ及び図２Ｂに示した気液混合装置２と図１に示した制御部４０とを有している。また、気液混合装置２は、図１、図６Ａ、図６Ｂに示した第１実施形態の気液混合装置２と同様に、原水側配管３０、気体側配管３１（図１０参照）、第１の圧力スイッチ３２、第２の圧力スイッチ３４、制御弁５２を有している。
原水側配管３０は、図１に示したように気液混合装置２に原水（原液）を供給する原水供給源（原液供給源）３に、接続配管等（図示せず）を介して接続するように形成されたもので、第１実施形態と同様に第１の圧力スイッチ３２が設けられている。この原水側配管３０は、図９Ｂに示すように接続配管等に接続する雄螺子状の接続部３０ａが、筐体５１の側板から外方に突出して配置されている。したがって、原水側配管３０は接続配管等を介して原水供給源３に容易に接続できるようになっている。
気体側配管３１は、図１に示したように気液混合装置２に炭酸ガスを供給する気体供給源４に、直接、あるいは接続配管等を介して接続するように形成されたもので、図１０に示すように第２の圧力スイッチ３４、制御弁５２が設けられ、さらにスピードコントローラ５３が設けられている。この気体側配管３１は、気体供給源４側に接続する接続部３１ａが、図９Ｃに示すように筐体５１の背面板から外方に突出させられている。したがって、気体側配管３１は接続配管等を介して気体供給源４に容易に接続できるようになっている。
スピードコントローラ５３は、図１０に示すように気体供給源４から気体側配管３１に流入する炭酸ガスの流量を調整する流量調整弁であり、予め設定された流量となるように調整される。
制御弁５２は、本実施形態ではラッチ式電磁弁によって構成されている。例えばＮＣ（通常閉）タイプのソレノイドバルブでは、オープン状態（開状態）を保持するためには電力を供給し続ける必要があるのに対し、ラッチ式電磁弁では、閉状態、開状態を保持するために永久磁石を用いることで、状態保持に電力の供給が不要になっている。すなわち、切換時のみに通電が必要であり、切換後の状態保持時には通電が不要になっている。これにより、ラッチ式電磁弁はＮＣタイプなどの一般の電磁弁に比べて消費電力が格段に少なくなっている。
したがって、このようなラッチ式電磁弁からなる制御弁５２では、直流電源で稼働させることが可能であり、また消費電力が少ないため、例えば乾電池や充電池（充電式電池）での稼働が可能となる。そこで、本実施形態では、このラッチ式電磁弁（制御弁５２）の電源（図示せず）として、乾電池や充電池を用いている。この乾電池や充電池からなる電源、すなわち乾電池や充電池は、筐体５１内に直接配置され、あるいは、乾電池や充電池を収容する電源ボックス（図示せず）が筐体５１に接続されて配置される。また、この電源は、本実施形態では第１圧力センサ３２、第２圧力センサ３４、制御部４０の電源としても用いられる。したがって、本実施形態の気液混合装置５２は、家庭や店に設けられた商用電源に配線コードを介して接続することなく、単独で使用が可能になっている。
また、本実施形態では、気体供給源４として小型のガスカートリッジ、例えば７４ｇ入りの市販の炭酸ガスカートリッジが好適に用いられる。この炭酸ガスカートリッジは、一般の流通による輸送が可能であり、取り扱い性に優れている。そして、このような炭酸ガスカートリッジは、充分に軽量であるため、図９Ｃに示した気体側配管３１の接続部３１ａに直接、あるいはカプラ等を介して間接的に連結することができる。
したがって、本実施形態の気液混合システム５０は、特に家庭の風呂場に好適に用いられる。一般に家庭の風呂場には商用電源が無く、また、炭酸ガスボンベを直接配置することもないため、例えば大型の気液混合システムを風呂場で使用しようとした場合、電源に接続するための配線コードや炭酸ガスボンベからの配管を風呂場の外から引き回してこなくてはならない。しかし、このような配線コードや配管の引き回しは、風呂場を改装するなどの必要があり、また、漏電の心配や、配管が外れることによる炭酸ガスの漏れの心配がある。
これに対して図９Ａ〜図９Ｃ、図１０に示した気液混合システム５０では、制御弁５２としてラッチ式電磁弁を用いるため電力消費量が少なく、したがって電源として乾電池や充電池を用いるため、商用電源に接続するための配線コードが不要になっている。また、小型の炭酸ガスカートリッジが使用可能なため、配管の引き回しが不要になっている。
よって、本実施形態の気液混合システム５０にあっては、風呂場を改装するなどの必要がなく、また、漏電の心配や配管が外れることによる炭酸ガスの漏れの心配もなく、家庭用の風呂場にて簡単に使用することができる。例えば、先端部にシャワーヘッドを取り付けた給湯用のホースについて、アタッチメントを介してシャワーヘッドを着脱可能にしておく。そして、この給湯用ホースからシャワーヘッドを取り外し、ここにカプラを介して気液混合システム５０の原水側配管３０の接続部３０ａを接続する。また、気体側配管３１の接続部３１ａに炭酸ガスカートリッジを接続しておく。
そして、気液混合システム５０の気液混合装置２の小径部２２にシャワーヘッドをホースとともに取り付ける。これにより、第１実施形態と同様にして気液混合システム５０にお湯を供給するとともに炭酸ガスを供給することにより、シャワーヘッドから炭酸水（気液混合液）を噴出させることができる。よって、炭酸水を洗髪に供することができる。また、シャワーヘッドに代えてホースを取り付け、これを浴槽に向けることにより、浴槽内に炭酸泉を入れることもできる。
なお、このような炭酸水供給の制御は、図９Ａに示すように筐体５１の正面板に設けられた操作パネル５４によって直接行うことができる。操作パネル５４は、その表示が図１に示した制御部４０によって制御されるもので、「ＷＡＴＥＲ」の表示と「ＧＡＳ」の表示、及びＯＮ／ＯＦＦのための表示５５がある。操作者は、気液混合システム５０を稼働させるため、まず、ＯＮ／ＯＦＦのための表示５５を押圧する。
すると、気液混合システム５０が稼働し、原水供給源３から原水が供給される。そして、原水が所定の流量以上で流れていることを第１の圧力スイッチ３２が検知すると、操作パネル５４は制御部４０からの信号を受けて「ＷＡＴＥＲ」の表示を点灯する。また、このように原水が所定の流量以上で流れていることを第１の圧力スイッチ３２が検知し、かつ第２の圧力スイッチ３４が検知し、かつＯＮ／ＯＦＦのための表示５５を押圧しＯＮにすると、制御部４０は制御弁５２を開く。これにより、炭酸ガスが気液混合装置２に供給され、したがって気液混合装置２の小径部２２から炭酸水が噴出する。その際、第２の圧力スイッチ３４が気体供給源（ガスボンベ）４内の残圧（残量）を検知し、予め設定された圧以上であれば、制御部４０は操作パネルにその結果を表示させる。すなわち、「ＧＡＳ」の表示を点灯する。
したがって、操作者は「ＷＡＴＥＲ」、「ＧＡＳ」の表示を共に確認することで、気液混合装置２の小径部２２から炭酸水が噴出していることを確認することができる。
また、使用後はＯＮ／ＯＦＦのための表示５５を再度押圧することにより、気液混合装置２の作動を停止させることができる。
本実施形態の気液混合システム５０における気液混合装置２にあっては、制御弁５２としてラッチ式電磁弁を用いているので、ラッチ式電磁弁が一般の電磁弁に比べて消費電力が格段に少ないことにより、制御弁５２を有する気液混合装置２、さらには気液混合システム５０の消費電力を少なくすることができる。したがって、電源として商用電源に代えて、乾電池や充電池（充電式電池）を用いることができる。
また、このように制御弁５２（ラッチ式電磁弁）の電源として乾電池あるいは充電池を用いることにより、気液混合装置２や気液混合システム５０から商用電源への配線コードを無くすことができ、したがって配線コードによる煩わしさを解消することができる。また、家庭の風呂場での使用も容易になる。特に、気体供給源４として例えば７４ｇ入りの市販の炭酸ガスカートリッジを用いることで、家庭の風呂場での使用をより容易にすることができる。
次に、本発明に係る気液混合装置及び気液混合システムの第３実施形態を説明する。
第３実施形態が第２実施形態と異なるところは、図９Ｂ、図１０に示した制御弁５２として、ラッチ式電磁弁に代えて比例電磁弁を用いた点である。比例電磁弁は、一般の電磁弁のようにその流路の開度を単に「開／閉」の二段階でなく、「開」の状態をさらに複数の状態に切り換えることができるように構成されている。なお、比例電磁弁はラッチ式電磁弁と異なり、その状態保持のために通電が必要なため、基本的に商用電源に配線コードで接続されるようになっている。
本実施形態では、制御弁５２としての比例電磁弁はその開状態が、例えば全開と半開のように、二段階に切り換えられるようになっている。このような開度の切換は、気液混合システムの概略構成を示す模式図である図１１に示すように、制御弁５２に電気的に接続する制御部４０によってなされる。すなわち、本実施形態の比例電磁弁（制御弁５２）にも制御部４０が電気的に接続されており、この制御部４０には比例電磁弁（制御弁５２）のオン／オフ、及びその開度の切換を行う調整部５５が設けられている。
調整部５５は、比例電磁弁（制御弁５２）の開度を切り換えることにより、気体供給源４から気体流入管６への炭酸ガス（気体）の供給量を調整するようになっている。なお、気体流入管６への炭酸ガス（気体）の最大供給量は、図１０に示したスピードコントローラ５３によって規定されており、したがって調整部５５は、この最大供給量とこれより少ない供給量の二段階で切り換えるようになっている。また、調整部５５は比例電磁弁をオフとする制御も行うように構成されている。したがって、調整部５５は比例電磁弁のオン／オフを調整するとともに、原水流入管５から供給される原水に対して、炭酸ガスの流量を二段階に調整する。これにより、本実施形態の気液混合装置２では、炭酸ガス濃度が高濃度の炭酸水と低濃度の炭酸水のいずれかを選択し、供給できるようになっている。
本実施形態では、図１２に示すように操作パネル５６に、図９Ａに示した「ＷＡＴＥＲ」、「ＧＡＳ」、ＯＮ／ＯＦＦのための表示５５に加えて、炭酸水濃度を高濃度に選択するための「Ｈ」と、低濃度を選択するための「Ｌ」の表示が加えられ、それぞれの横に三角形５７と逆三角形５８の押圧部が配置されている。そして、これら三角形５７または逆三角形５８の一方を押圧することにより、操作パネル５６に接続する制御部４０ではその調整部５５が押圧された方の濃度に対応するように比例電磁弁（制御弁５２）の開度を切り換え、炭酸ガスの流量を調整する。また、押圧部の横の「Ｈ」または「Ｌ」を点灯させ、操作者が選択した設定濃度になっていることを表示する。
本実施形態の気液混合システムにおける気液混合装置２にあっては、制御弁５２として比例電磁弁を用いているので、調整部５５によってこの比例電磁弁の開度を切り換えることにより、気体供給源４から気体流入管６への気体の供給量を調整することができる。したがって、原水流入管５から供給される原水に対して、炭酸ガスの流量を例えば二段階に調整することにより、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度を異なる複数の濃度に調整することができる。また、このような炭酸ガス濃度の調整を、制御弁５２として比例電磁弁を用いることで行うことができるため、炭酸ガス濃度の調整を、装置を複雑にすることなく簡易に行うことができ、これによって気液混合装置２やこれを用いた気液混合システムの小型化を可能にすることができる。
なお、前記第３実施形態では、調整部５５によって比例電磁弁（制御弁５２）の開度を二段階で切り換えるようにしたが、三段階以上に切り換えることができるように構成してもよい。また、基本的には原水供給源３から供給される原水の量に関係なく、炭酸ガスの流量を変えるようにしたが、原水供給源３から供給される原水の量に応じて、炭酸ガスの流量を変えるように構成してもよい。
具体的には、調整部５５を、操作パネル５６を介して予め設定された複数の異なる炭酸ガス濃度を入力できるように構成しておく。また、図１１に示す第１の圧力スイッチ３２により、原水供給源３から供給される原水の流量を検出し、検出値を制御部４０に送信するように構成しておく。制御部４０では、検出された原水の流量に対し、調整部５５で入力された炭酸ガス濃度にするための炭酸ガスの流量を算出する。そして、この算出値に基づき、比例電磁弁（制御弁５２）の開度を求め、求めた開度を調整部５５に送る。
調整部５５は、送られてきた開度に調整すべく、比例電磁弁（制御弁５２）を制御し、その開度を調整する。これにより、制御弁５２として比例電磁弁を用いることにより、原水供給源３から供給される原水の量に関係なく、すなわち原水量が任意の量であっても、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度を所望の濃度に調整することができる。
なお、本発明の技術範囲は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、本発明の気液混合装置２および気液混合システム１を、理美容目的として洗髪台に設けられるシャワーや家庭用の風呂場のシャワーなどに適用した例について説明したが、各種医療設備における医療用具等に適用してもよいのはもちろんである。また、家庭用の風呂や業務用の風呂に適用して、炭酸泉を製造する装置（システム）にも用いることができる。さらに、炭酸水を必要とする種々の装置（システム）にも適用することができる。
また、前記実施形態では、本発明の気液混合装置を、水と炭酸ガスとを混合して炭酸水を製造する装置（システム）に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、水に炭酸ガス以外の気体を混合・溶解する場合や、水以外の液体に炭酸ガスやその他の気体を混合・溶解する場合にも適用することができる。
更に、本発明においては、原液中に気体を混合して気体混合液を製造する方法が提供される。即ち、本発明の方法は、
原液中に気体を混合して気体混合液を製造する方法であって、
前記の気液混合装置を提供し、
前記原液を原液流入管に連続的に供給し、これと同時に前記気体を気体流入管に連続的に供給し、それにより、前記原液と前記気体とを対面して衝突させることによって混合し、
得られた原液と気体の混合物を、前記混合液配管に流入させる
ことを含む方法である。
本発明の方法に用いる気液混合装置、原液及び気体、並びに原液、気体を装置に供給する手順及び条件などについては、気液混合装置に関して前記した通りである。また、本発明の方法は、前記した本発明の気液混合システムを用いて実施することもできる。
１ 気液混合システム
２ 気液混合装置
３ 原水供給源（原液供給源）
４ 気体供給源
５ 原水流入管（原液流入管）
６ 気体流入管
７ 気液衝突部
８ 混合液配管
９ 配管本体
１０ ハウジング
１１ 案内管
１２ 内挿部
１３ ハウジング本体
１７ 渦発生部材（渦発生部）
１８ 円筒部
１８ａ テーパ面
１９ 偏流板
１９ａ 案内口
２０ 溝部
２１ 大径部
２１ａ 内部孔
２１ｂ テーパ面
２２ 小径部
２２ａ 内部孔
２３ ミキシングパイプ
２４ 溝部
２５ 狭隘部
２６ 流路変更部
２７ａ 第１の邪魔板
２７ｂ 第２の邪魔板
２７ｃ 開口
３２ 第１の圧力スイッチ
３３ 電磁弁（制御弁）
３６ パイプ
５０ 気液混合システム
５２ 制御弁
５４ 操作パネル
５５ 調整部

Claims (9)

  1. 原液中に気体を混合して気体混合液を製造する気液混合装置であって、
    前記原液が連続的に流入する原液流入管と、前記気体が連続的に流入する気体流入管と、前記原液流入管、前記気体流入管にそれぞれ連通する混合液配管とを備え、
    前記原液流入管と前記気体流入管とが、前記原液と前記気体とが対面して衝突するように連通し、それにより、この連通箇所において、気液衝突部を形成し、
    前記混合液配管を、前記気液衝突部に連通させるとともに、前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸のうち少なくとも一つを前記混合液配管の中心軸と異なる方向に配置し、
    前記混合液配管に、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第１渦流生成機構が設けられ、
    前記第１渦流生成機構は、前記混合液配管の上流側に配設された上流側第１渦流生成機構と、該上流側第１渦流生成機構より下流側に配設された下流側第１渦流生成機構とを備え、
    前記上流側第１渦流生成機構は、前記混合液配管内に設けられた環状または筒状の渦発生部の前記気液衝突部側の端部と、該端部に対向する前記混合液配管の内壁面との間において、前記気液衝突部側に開口して形成された溝部を備えており、
    前記混合液配管には、該混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めることにより、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第２渦流生成機構が設けられており、
    前記第２渦流生成機構は、前記混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部と、該狭隘部の側方に流路を変更することで前記気体混合液の流れを反転させ、渦流を生じさせる流路変更部と、を有している
    気液混合装置。
  2. 前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸とのなす角度が２０°〜１８０°である請求項１記載の気液混合装置。
  3. 前記原液が水であり、前記気体が炭酸ガスである請求項１又は２に記載の気液混合装置。
  4. 前記原液流入管には、該原液流入管の流路を流れる原液の圧力が所定の圧力以上になったことを検知する圧力スイッチが設けられ、
    前記気体流入管には、該気体流入管と気体供給源との間に設けられて前記気体供給源から前記気体流入管への気体の供給を制御する制御弁が設けられ、
    前記圧力スイッチは、原液の圧力が所定の圧力以上になったことを検知したら前記制御弁を開くように構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の気液混合装置。
  5. 前記制御弁が、ラッチ式電磁弁によって構成されている請求項４記載の気液混合装置。
  6. 前記ラッチ式電磁弁は、電池で稼働する請求項５記載の気液混合装置。
  7. 前記制御弁が、比例電磁弁によって構成され、該比例電磁弁には、前記気体供給源から前記気体流入管への気体の供給量を調整する調整部が設けられている請求項４記載の気液混合装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の気液混合装置と、
    前記原液流入管に原液を供給する原液供給源と、
    前記気体流入管に気体を供給する気体供給源と、
    前記原液供給源からの前記原液流入管への原液の供給、および前記気体供給源からの前記気体流入管への気体の供給を制御する制御部と、を備える気液混合システム。
  9. 原液中に気体を混合して気体混合液を製造する方法であって、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の気液混合装置を提供し、
    前記原液を原液流入管に連続的に供給し、これと同時に前記気体を気体流入管に連続的に供給し、それにより、前記原液と前記気体とを対面して衝突させることによって混合し、
    得られた原液と気体の混合物を、前記混合液配管に流入させる
    ことを含む方法。
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